(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地導体と、
前記接地導体と非接触に設けられた第１の導体部と、
前記第１の導体部と同一平面上に設けられ前記第１の導体部を非接触に内包する第２の導体部と、
前記第２の導体部の内周側周縁部の一部及び前記接地導体を連結する第１の連結導体と、
前記第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に前記第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部と、
前記第２の導体部の中心を通る軸が中心軸となるように設けられた第３の導体部と、
前記第２の導体部及び前記第３の導体部を連結する第３の連結導体と、を備え、
前記第３の導体部は前記第２の導体部に対して前記接地導体とは異なる側に配置されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
接地導体と、
前記接地導体と非接触に設けられた第１の導体部と、
前記第１の導体部と同一平面上に設けられ、前記第１の導体部を非接触に内包する第２の導体部と、
前記第２の導体部及び前記接地導体を連結する第１の連結導体と、
前記第１の連結導体と離れて前記第２の導体部及び前記接地導体を連結する第２の連結導体と、
前記第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に前記第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部と、
前記第２の導体部の中心を通る軸が中心軸となるように設けられた第３の導体部と、
前記第２の導体部及び前記第３の導体部を連結する第３の連結導体と、を備え、
前記第３の導体部は前記第２の導体部に対して前記接地導体とは異なる側に配置されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の導体部と同一平面上に非接触に配置されると共に前記第２の導体部の内側に前記第２の導体部と接続されかつ第１の貫通孔を有する第１の付加導体部と、
前記第１の導体部と同一平面上に非接触に配置されると共に前記第２の導体部の内側の前記第１の付加導体部と離れた位置で前記第２の導体部と接続されかつ第２の貫通孔を有する第２の付加導体部を備え、
前記第１の連結導体が前記第１の貫通孔まで延伸し、
前記第２の連結導体が前記第２の貫通孔まで延伸し、
前記第１の連結導体と前記第１の付加導体部が電気的に接続され、
前記第２の連結導体と前記第２の付加導体部が電気的に接続された
ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の連結導体が前記接地導体を貫通して延伸し、前記接地導体に対して前記第１の導体部とは異なる側で次第に曲げられ前記接地導体に接続されたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１の導体部は円板形状を有し、前記第２の導体部は前記第１の導体部と同心の環状形状を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の導体部は環状形状を有し、前記第２の導体部は前記第１の導体部と同心の環状形状を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１の導体部は該第１の導体部の中心を基準として対称な位置に一対の切り欠き部を備え、
前記第２の導体部は該第２の導体部の中心を基準として対称な位置に一対の切り欠き部を備えた
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記給電部は、前記第１の高周波信号から同一周波数で位相差９０度の２つの高周波信号を生成する第１の高周波信号生成部と、前記第２の高周波信号から同一周波数で位相差９０度の２つの高周波信号を生成する第２の高周波信号生成部と、を有し、
前記第１の導体部は、前記第１の高周波信号生成部で生成された２つの高周波信号の一方が供給される第１の給電点と、前記第１の高周波信号生成部で生成された２つの高周波信号の他方が供給される第２の給電点と、を有し、
前記第２の導体部は、前記第２の高周波信号生成部で生成された２つの高周波信号の一方が供給される第３の給電点と、前記第２の高周波信号生成部で生成された２つの高周波信号の他方が供給される第４の給電点と、を有し、
前記第１の給電点と第２の給電点は前記第１の導体部の円偏波を励振する位置に配置され、前記第３の給電点と第４の給電点は前記第２の導体部の円偏波を励振する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第１の連結導体と前記第２の連結導体は、前記第２の導体部の中心を基準として対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のアンテナ装置をアレー状に配置したことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの周波数帯で動作する２周波共用アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航法や衛星通信及び移動体通信用のアンテナには、省スペース、低コスト性が求められるため、これらに用いられるアンテナとしては、構成が簡単、形状が小さくかつ低プロファイルなマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ：MicroStrip Antenna）が好ましい。しかしながら、一般にＭＳＡは狭帯域であり、所望の帯域全てを１つの平面アンテナでカバーすることは困難である。従って、異なる周波数帯で動作（共振）する平面アンテナを同一平面上に配置する手法が取られている。
【０００３】
２つの周波数帯で動作するアンテナ装置として、従来、円環放射導体の内周部全体を接地導体に短絡した円環マイクロストリップアンテナと、円環放射導体の内側にこの円環放射導体の内径より小さい円形の放射導体を備えた円形マイクロストリップアンテナとを同心に配設した複合マイクロストリップアンテナがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６０６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような複合マイクロストリップアンテナにおいては、小型化するために円環マイクロストリップアンテナの外径を小さくすると共振周波数が高くなり、所望のモードと他のモードが混在してアンテナの特性を劣化させるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、従来よりも小型化できると共に、近接した２つの周波数帯での動作時におけるアンテナの特性を向上できるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るアンテナ装置は、接地導体と、接地導体と非接触に設けられた第１の導体部と、第１の導体部と同一平面上に設けられ第１の導体部を非接触に内包する第２の導体部と、第２の導体部の内周側周縁部の一部及び接地導体を連結する第１の連結導体と、第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部と、第２の導体部の中心を通る軸が中心軸となるように設けられた第３の導体部と、第２の導体部及び第３の導体部を連結する第３の連結導体とを備え、第３の導体部は第２の導体部に対して接地導体とは異なる側に配置されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アンテナ装置は、接地導体と、接地導体と非接触に設けられた第１の導体部と、第１の導体部と同一平面上に設けられ第１の導体部を非接触に内包する第２の導体部と、第２の導体部の内周側周縁部の一部に設けられ第２の導体部及び接地導体を連結する第１の連結導体と、第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部とを備えたことにより、従来よりも小型化できると共に、近接した２つの周波数帯での動作時におけるアンテナの特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のアンテナ装置の正面図及び断面図を示す図である。
【図３】図１のアンテナ装置においてβと共振周波数のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図１のアンテナ装置におけるβとスプリアス離調率の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図９】図８のアンテナ装置の正面図及び断面図を示す図である。
【図１０】図８のアンテナ装置においてβと共振周波数のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】図８のアンテナ装置におけるβとスプリアス離調率の関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１３】図１２のアンテナ装置の正面図及び断面図を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態７に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態８に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１６】図１５のアンテナ装置の正面図及び断面図を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態９に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１８】図１７のアンテナ装置の正面図及び断面図を示す図である。
【図１９】従来のアンテナ装置においてβと共振周波数のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】従来のアンテナ装置におけるβとスプリアス離調率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明を実施する実施の形態１におけるアンテナ装置を図１〜図４を用いて説明する。図１はアンテナ装置１の斜視図の一部を切欠いた図で、図２（ａ）は図１を上から見た正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。図１において、アンテナ装置１は、裏面に接地導体５が設けられた誘電体基板４と、誘電体基板４の表面に円板形状の導体パターンで形成された円形パッチアンテナ（以下、円形ＭＳＡ（MicroStrip Antenna）と称する）２すなわち第１の導体部と、円形ＭＳＡ２の外周側に円形ＭＳＡを非接触に内包するよう形成された円環形状の導体パターン３０すなわち第２の導体部とを備える。
【００１１】
接地導体５と導体パターン３０の内周側周縁部の一部は連結導体７ａ〜７ｄ、すなわち第１及び第２の連結導体によって連結されて部分的に短絡されている。なお、導体パターン３０の内周側周縁部とは、円形ＭＳＡ２の側壁と対向する導体パターン３０の内周側壁部分を示す。ここで、導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄとから成るアンテナを部分的に短絡した円環パッチアンテナとして「ＰＳＡ（Partially Shorted Antenna）」３と称し、以降の説明を行う。また、アンテナ装置１は、円形ＭＳＡ２及びＰＳＡ３にそれぞれ適切な高周波信号を供給する給電回路６すなわち給電部を備える。
【００１２】
なお、ここでは円形ＭＳＡ２及び円環状の導体パターン３０を用いているが、形状はこれに限るものではなく、例えば矩形のＭＳＡ及びこれを取り囲むような中央に開口を有する矩形形状の導体パターンであっても良い。また、円形ＭＳＡ２は接地導体５とは非接触に設けられている。
【００１３】
円形ＭＳＡ２には給電回路６から２つの動作周波数帯のうち高い方の高周波信号すなわち第１の高周波信号を供給するための給電点２１が設けられ、給電点２１と給電回路６との間は同軸給電線路８ａで接続されている。ＰＳＡ３には給電回路６から２つの動作周波数帯のうち低い方の周波数の高周波信号すなわち第２の高周波信号を供給するための給電点３１が設けられ、給電点３１と給電回路６との間は同軸給電線路８ｂで接続されている。
【００１４】
ここでは連結導体７ａ〜７ｄが４つの場合であってＰＳＡ３の中心を基準として対称となるように配置された状態を示しているが、連結導体７ａ〜７ｄの個数、大きさ、及び配置は所望とするアンテナの特性に応じて変更可能である。すなわち、連結導体は少なくとも１つあれば良い。また、ＰＳＡ３の一部と接地導体５を局所的に連結するのであればＰＳＡ３の内周側周縁部では無く、導体パターン３０のパターン中央部と接地導体５を連結するものであっても良い。
【００１５】
連結導体７ａ〜７ｄは、例えば板状の導体や、導体パターン３０から接地導体５まで誘電体基板４を貫通するスルーホールによって形成できる。このように、アンテナ装置１は簡単な構成を有するため製作が容易である。また、誘電体基板４は必須の構成要素ではなく、接地導体５と導体パターン３０の間を空気層にして円形ＭＳＡ２及び導体パターン３０を絶縁体で形成されたスペーサや連結導体７ａ〜７ｄで支える構成としても良い。
【００１６】
ここでアンテナ装置１の動作特性について説明する。図３はＰＳＡ３の外径をａ、内径をｂとし、外径ａを７４ｍｍに固定した場合の内径と外径の比β（＝ｂ／ａ）を横軸に、ＰＳＡ３の共振周波数を縦軸にして両者の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。また、図１９は従来の複合マイクロストリップアンテナにおける円環放射導体の外径をａ、内径をｂとし、外径ａを７４ｍｍに固定した場合の内径と外径の比βを横軸に、円環マイクロストリップアンテナの共振周波数を縦軸にして両者の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。共振周波数に応じてＴＭ０１、ＴＭ１１、ＴＭ２１等の所定のモードが励起されるが、図内では所望のモードとしてＴＭ１１モードを実線で示し、それ以外のモードとなるＴＭ０１モード及びＴＭ２１モードを破線で示している。
【００１７】
従来の円環マイクロストリップアンテナは、図１９に示すように、円環放射導体の内径と外径の比βが大きくなるほど（すなわち、内径と外径の長さが近くなるほど）、ＴＭ０１、ＴＭ１１、ＴＭ２１の各モードで共振周波数が高くなる。これに対し、アンテナ装置１のＰＳＡ３は、図３に示すように、導体パターン３０の内径と外径の比βが大きくなっても、ＴＭ０１、ＴＭ１１、ＴＭ２１の各モードにおいて共振周波数が急激に上昇することは無い。
【００１８】
例えばＴＭ１１モードで共振周波数１．２ＧＨｚのアンテナを設計する場合、従来の円環マイクロストリップアンテナではβ＝０．２となるのに対し、アンテナ装置１のＰＳＡ３はβ＝０．６となることが分かる。すなわち、従来の円環マイクロストリップアンテナの内径はｂ従来＝０．２×７４＝１４．８ｍｍとなり、ＰＳＡ３の内径はｂＰＳＡ＝０．６×７４＝４４．４ｍｍとなる。このように、アンテナ装置１の内径ｂＰＳＡは従来の円環マイクロストリップアンテナの内径ｂ従来よりも大きくとることができ、内周側に設ける円形ＭＳＡ２の径をＰＳＡ３の外径により近づけることができるため、円形ＭＳＡ２の動作周波数をＰＳＡ３の動作周波数帯により近接させることができる。例えば、内径がｂ従来＝１４．８ｍｍの従来の円環マイクロストリップアンテナの内周側に径１０ｍｍの円形ＭＳＡ２を設けるとその共振周波数は６．１４ＧＨｚとなる。これに対し、内径がｂＰＳＡ＝４４．４ｍｍのＰＳＡ３の内周側に径４０ｍｍの円形ＭＳＡ２を設けると、その共振周波数は１．８６ＧＨｚとなる。
【００１９】
また、内径ｂＰＳＡが４４．４ｍｍのＰＳＡ３はβ＝０．６のとき共振周波数１．２ＧＨｚであるのに対し、同じβ＝０．６の従来の円環マイクロストリップアンテナは内径ｂ従来＝４４．４ｍｍとなり、このときの共振周波数は図１９より２．２ＧＨｚとなることが分かる。ここまで外径ａ＝７４ｍｍ固定の場合について説明したが、ＰＳＡ３における円形ＭＳＡ２の周波数特性を従来の円環マイクロストリップアンテナにおける円形ＭＳＡ２と同一に保つには円形ＭＳＡ２の大きさを従来の円環マイクロストリップアンテナの内周側に設ける場合と同一にする必要がある。一般に、アンテナの大きさと共振周波数とは反比例の関係にあるため、内径ｂをｂＰＳＡ＝ｂ従来=４４．４ｍｍに固定し、従来の円環マイクロストリップアンテナの共振周波数を２．２ＧＨｚから１．２ＧＨｚにするには、円環マイクロストリップアンテナの外径をＰＳＡ３の外径ａよりも大きくしなければならない。言い換えれば、ＰＳＡ３を２周波共用アンテナに用いるアンテナ装置１は、従来の円環マイクロストリップアンテナを用いる場合に比べて小型化できる。
【００２０】
ところで、所望のモードであるＴＭ１１モードが励起される周波数と他のモードが励起される周波数とが近接してこれらのモードが混在すると、アンテナ特性のひとつである反射特性が劣化するため、各モードが励起される周波数は離れていることが好ましい。本実施の形態に記載のアンテナ装置１は直線偏波を励振するものであるが、円偏波を励振するアンテナ装置であれば、複数のモードが混在すると軸比特性も劣化する。
【００２１】
ここで、所望のモードであるＴＭ１１モードが励起される周波数と他のモードが励起される周波数とが離れている程度を示す値をスプリアス離調率として、βとスプリアス離調率の関係を図４及び図２０のグラフに示す。なお、図４は図３に示すアンテナ装置１に対応し、図２０は図１９に示す従来の複合マイクロストリップアンテナに対応している。
【００２２】
例えばβ＝０．６のとき、図２０ではＴＭ１１モードとＴＭ２１モード間のスプリアス離調率が１０％以下である。近接する周波数帯で動作する２周波共用アンテナとして従来の円環マイクロストリップアンテナを用いると、内周側に設ける円形ＭＳＡ２の径を円環マイクロストリップアンテナの径により近づけるべく円環マイクロストリップアンテナの内径を外径に近づけると、アンテナ特性が劣化してしまう。これに対し、図４ではＴＭ１１モードとＴＭ０１モード間、ＴＭ１１モードとＴＭ２１モード間の双方でスプリアス離調率１０％以上を確保している。すなわち、アンテナ装置１は円形ＭＳＡ２の動作周波数をＰＳＡ３の動作周波数帯により近接させることができ、従来の複合マイクロストリップアンテナよりも近接した２つの周波数帯で動作する２周波共用アンテナとすることができる。
【００２３】
この実施の形態によれば、アンテナ装置１は、円形ＭＳＡ２と円形ＭＳＡ２を非接触に内包するＰＳＡ３とを備え、ＰＳＡ３を構成する導体パターン３０の内周側壁の一部と接地導体５とを複数の連結導体７ａ〜７ｄを用いて部分的に短絡することにより、従来の共振周波数が同じで円環マイクロストリップアンテナの内周部側壁全体を接地導体に短絡した複合マイクロストリップアンテナよりも小型化できる。加えて、ＰＳＡ３の内径ａと外径ｂの比βが０．３より大きくても複合マイクロストリップアンテナよりも大きなスプリアス離調率を有することから、より近接した周波数帯で動作する２周波共用アンテナを実現する際に反射特性といったアンテナの特性も向上できる。なお、連結導体７ａ〜７ｄは１つであっても良いし、導体パターン３０の連結箇所は内周側壁に限らず、パターン中央部分であっても良いことは上述のとおりである。
【００２４】
また、アンテナ装置１は接地導体５を円形ＭＳＡ２やＰＳＡ３が設けられた誘電体基板４表面と平行な面に設けているため、簡単な構成で容易に製作できる。
【００２５】
実施の形態２．
本発明を実施する実施の形態２におけるアンテナ装置２ａを図５を用いて説明する。図５（ａ）はアンテナ装置２ａを上から見た正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。
【００２６】
アンテナ装置２ａは、図５に示すように、実施の形態１に記載の構成に加えて、導体パターン３０の内側に形成され貫通孔３５ａ〜３５ｄを設けた導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと連結導体７ａ〜７ｄとを接続する半田３６ａ〜３６ｄを備える。その他の構成は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【００２７】
導体パターン３０の内側に形成され貫通孔３５ａ〜３５ｄを設けた導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと連結導体７ａ〜７ｄを半田３６ａ〜３６ｄにより固定することで、組立性が向上し、さらに導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄの導通が安定する。
【００２８】
なお、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄおよび貫通孔３５ａ〜３５ｄの形状は矩形に限らず、例えば円形であっても良い。
【００２９】
また、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄを設けず導体パターン３０に貫通孔を設け、導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄを半田３６ａ〜３６ｄで固定する構成であっても良い。
【００３０】
また、半田の代わりに導電性接着剤を用いても良い。
【００３１】
この実施の形態によれば、アンテナ装置２ａは導体パターン３０の内側に、貫通孔３５ａ〜３５ｄを設けた導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄを形成し、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと連結導体７ａ〜７ｄとを半田３６ａ〜３６ｄで接続することにより、実施の形態１に記載の効果に加えて、組立性が向上し、導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄの導通が安定する効果がある。
【００３２】
実施の形態３．
本発明を実施する実施の形態３におけるアンテナ装置２ｂを図６を用いて説明する。図６（ａ）はアンテナ装置２ｂを上から見た正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。
【００３３】
アンテナ装置２ｂは、図６に示すように、実施の形態１に記載の構成に加えて導体パターン３０の内側に形成され貫通孔３５ａ〜３５ｄを設けた導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと接地導体５とを接続する固定用ネジ３８ａ〜３８ｄを備える。その他の構成は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【００３４】
導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと接地導体５が固定用ネジにより物理的に接続されるため、導体パターン３０と接地導体５の導通が確実になる。
【００３５】
この実施の形態によれば、アンテナ装置２ｂは導体パターン３０の内側に導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄを形成し、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと接地導体５とを固定用ネジ３８ａ〜３８ｄで固定することにより、実施の形態１に記載の効果に加えて、組立性がさらに向上し、また、導体パターン３０と接地導体５の導通が確実になる。
【００３６】
実施の形態４．
本発明を実施する実施の形態４におけるアンテナ装置２ｃを図７を用いて説明する。図７（ａ）はアンテナ装置２ｃを上から見た正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。
【００３７】
アンテナ装置２ｄは、図７に示すように、実施の形態１に記載の構成に加えて、連結導体７ａ〜７ｄと接地導体５との接続部を曲げて引き廻している。その他の構成は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【００３８】
連結導体７ａ〜７ｄと接地導体５との接続部を曲げて引き廻すことにより、連結導体７ａ〜７ｄのストレスリリーフが可能となる。例えば、温度変化による熱ストレスや地導体の変形などによる機械的ストレスを逃すことができる。
【００３９】
この実施の形態によれば、アンテナ装置２ｄは連結導体７ａ〜７ｄと接地導体５との接続部を曲げて引き廻すことにより、実施の形態１に記載の効果に加えて、連結導体７ａ〜７ｄのストレスリリーフが可能となる。
【００４０】
実施の形態５．
実施の形態１から実施の形態４では２つの動作周波数帯のうち高い側の高周波信号で動作する内側に設けたアンテナを円形の導体パターンで形成しているが、実施の形態５では円環形状とする。本実施の形態に係るアンテナ装置１ａを図８〜図１１を用いて説明する。なお、同一の構成要素については同一符号をつけて説明を省略する。
【００４１】
図８はアンテナ装置１ａの斜視図の一部を切欠いた図で、図９（ａ）は図８を上から見た正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。図８において、アンテナ装置１ａは円形ＭＳＡ２の代わりに円環形状のリングアンテナ９すなわち第１の導体パターンを備えている。リングアンテナ９には給電回路６から２つの動作周波数帯のうち高い方の高周波信号を供給するための給電点９１が設けられ、給電点９１と給電回路６との間は同軸給電線路８ａで接続されている。その他の構成は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
【００４２】
次に、リングアンテナ９の動作特性について説明する。図１０はリングアンテナ９の外径をａ１、内径をｂ１とし、外径ａ１を７４ｍｍに固定した場合の内径と外径の比β１（＝ｂ１／ａ１）とリングアンテナ９の共振周波数の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。β１が大きくなるにつれて共振周波数が減少しているが、β１が一定の条件下では、リングアンテナ９の大きさと共振周波数とは反比例の関係にあることから、同じ共振周波数を有する円形ＭＳＡ２より小型化できる。従って、アンテナ装置１ａを所望の２つの周波数帯で動作させる場合、リングアンテナ９は円形ＭＳＡ２よりも小型化できるためＰＳＡ３の内径ｂとの距離をより大きくとることができ、外周側のＰＳＡ３と内周側のリングアンテナ９との間で相互に及ぼしあう影響を外周側のＰＳＡ３と円形ＭＳＡ２の場合よりも低減できる。さらに、リングアンテナ９は円形ＭＳＡ２の場合に比べて外周側に設けたＰＳＡ３をリングアンテナ９の大きさに近づけるように縮小できる。ＰＳＡ３の内径ｂをリングアンテナ９の大きさに近づけて縮小させる（すなわち、βを小さくする）と、図３に示すように、共振周波数が低下する。ＰＳＡ３の内径ｂをリングアンテナ９の大きさに近づけた状態で共振周波数を上げるには、ＰＳＡ３の外径ａを小さくすればよい。すなわち、リングアンテナ９の小型化にあわせてＰＳＡ３の内径ｂを小さくすると、共振周波数を一定にするためにはＰＳＡ３の外径ａも小さくなるため、アンテナ装置１ａ全体としての小型化が可能となる。
【００４３】
図１１はリングアンテナ９におけるβ１とスプリアス離調率の関係を示すグラフである。実線で示されたＴＭ１１モードを所望のモードとすると、他のモードであるＴＭ２１モードとは常に５０％以上のスプリアス離調率を有することから、リングアンテナ９のアンテナの特性は良好であることがわかる。
【００４４】
この実施の形態によれば、アンテナ装置１ａは内周側に設けるアンテナを円環形状のリングアンテナ９としたことにより、実施の形態１に記載の効果に加えて、さらなる小型化と、２つのアンテナ間の影響を低減することが可能となる。
【００４５】
実施の形態６．
本発明を実施する実施の形態６に係るアンテナ装置１ｂを、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２はアンテナ装置１ｂの斜視展開図の一部を切欠いた図で、図１３（ａ）は図１２を上から見た正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。
【００４６】
アンテナ装置１ｂは、図１３（ａ）に示すように、実施の形態５に記載の構成に加えて誘電体基板４の表面と対向する位置に円板形状の誘電体基板４０を備えている。誘電体基板４０の表面には導体パターン３０とは非接触に導体パターン３０と相似形状を有する円環形状の導体パターン１０すなわち第３の導体部が形成され、図１３（ｂ）に示すように、導体パターン３０の中心を通る軸と導体パターン１０の中心を通る軸とが同軸となるように配置されている．また、導体パターン３０と導体パターン１０の間は連結導体７ｆ〜７ｈすなわち第３の連結導体で導通されている．導体パターン１０はＰＳＡ３の非励振素子となり、特に導体パターン３０との間で共振を生じるようにその大きさを適切に調整されるものであって、導体パターン３０より大きい場合もあるし、小さい場合もある。なお、導体パターン１０は導体パターン３０に対して接地導体５とは異なる側に配置されている。
【００４７】
ここでは導体パターン１０を誘電体基板４０の図内上側の表面に設けているため、導体パターン３０と導体パターン１０の間に誘電体基板４０を挟む構成となっているが、誘電体基板４０は必須の構成要素では無く、連結導体７ｅ〜７ｈで導体パターン１０を支えることにより、誘電体基板４０を介さずに導体パターン３０と導体パターン１０とを直接対向させても良い．ただし、導体パターン１０はＰＳＡ３の非励振素子となるように設けられるものであるから、導体パターン１０に直接触れることはない．また、４つの連結導体７ｅ〜７ｈの個数、大きさ及び配置は、連結導体７ａ〜７ｄと同様に設計するアンテナの特性に応じて変更できる．連結導体７ａ〜７ｄと連結導体７ｅ〜７ｈをそれぞれ一体形成し、導体パターン３０及び誘電体基板４、４０を貫通する構成としても良い。
【００４８】
この実施の形態によれば、アンテナ装置１ｂは、導体パターン１０を導体パターン３０の中心を通る軸が中心軸となるように、導体パターン３０に対して接地導体５とは異なる側であって導体パターン３０と平行な平面上に設け、連結導体７ｅ〜７ｈを用いて導体パターン１０の一部と導体パターン３０の一部とを連結させたことにより、実施の形態５に記載の効果に加えて、ＰＳＡ３で良好な反射特性を得られる帯域を広帯域化できる．また、リングアンテナ９を実施の形態１のように円形ＭＳＡ２としてもＰＳＡ３について同様の効果が得られる。
【００４９】
実施の形態７．
本発明を実施する実施の形態７におけるアンテナ装置２ｄを図１４を用いて説明する。図１４（ａ）はアンテナ装置２ｄを導体パターン３０を含む面で切ったときの断面図、図１４（ｂ）はアンテナ装置２ｄを導体パターン１０を含む面で切ったときの断面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１４（ｄ）は図１４（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。
【００５０】
アンテナ装置２ｄは、図１４に示すように、実施の形態６に記載の構成に加えて導体パターン３０の内側に形成される導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと連結導体７ａ〜７ｄとを接続する半田３６ａ〜３６ｄを備える。また、導体パターン１０の内側に形成される導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄと、導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄと連結導体７ｅ〜７ｈとを接続する半田１６ａ〜１６ｄを備える。その他の構成は実施の形態６と同じであるため説明を省略する。
【００５１】
導体パターン３０の内側に形成され貫通孔３５ａ〜３５ｄを設けた導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと連結導体７ａ〜７ｄと半田３６ａ〜３６ｄにより固定される。また、導体パターン１０の内側に形成され貫通孔１５ａ〜１５ｄを設けた導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄと導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄと連結導体７ｅ〜７ｈと半田１６ａ〜１６ｄにより固定される。これにより、組立性が向上する。また、導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄの導通および導体パターン１０と連結導体７ｅ〜７ｈの導通が安定する。
【００５２】
なお、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄ、導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄ、貫通孔３５ａ〜３５ｄ、および貫通孔１５ａ〜１５ｄの形状は矩形に限らず、例えば円形であっても良い。
【００５３】
また、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄを設けず導体パターン３０に貫通孔を設け、導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄを半田３６ａ〜３６ｄで固定する構成であっても良い。
あるいは、導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄを設けず導体パターン１０に貫通孔を設け、導体パターン３０と連結導体７ｅ〜７ｈを半田１６ａ〜１６ｄで固定する構成であっても良い。
【００５４】
また、半田の代わりに導電性接着剤を用いても良い。
【００５５】
この実施の形態によれば、アンテナ装置２ｄは導体パターン３０の内側に、貫通孔３５ａ〜３５ｄを設けた導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄを形成し、導体パターン付加部３４ａ〜３４ｄと連結導体７ａ〜７ｄとを半田３６ａ〜３６ｄで接続し、導体パターン１０の内側に、貫通孔１５ａ〜１５ｄを設けた導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄを形成し、導体パターン付加部１４ａ〜１４ｄと連結導体７ｅ〜７ｈとを半田１６ａ〜１６ｄで接続することにより、実施の形態６に記載の効果に加えて、組立性が向上し、さらに導体パターン３０と連結導体７ａ〜７ｄの導通および導体パターン１０と連結導体７ｅ〜７ｈの導通が安定する効果がある。
【００５６】
実施の形態８．
本発明を実施する実施の形態８に係るアンテナ装置１ｃを、図１５及び図１６を用いて説明する。図１５はアンテナ装置１ｃの斜視図の一部を切欠いた図で、図１６（ａ）は図１５を上から見た正面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。
【００５７】
アンテナ装置１ｃは、図１６（ａ）に示すように、実施の形態５に記載の構成とほぼ同じであるが、リングアンテナ９ａ外周側の対称な位置に一対の切り欠き部９２ａ、９２ｂを備え、ＰＳＡ３ａ外周側の対称な位置に一対の切り欠き部３２ａ、３２ｂを備えている。また、リングアンテナ９ａは給電回路６から２つの動作周波数帯のうち高い方の高周波信号が供給される給電点９１ａを備え、ＰＳＡ３ａは給電回路６から２つの動作周波数帯のうち低い方の高周波信号が供給される給電点３１ａを備えている。その他の構成は実施の形態５と同様であるため、説明を省略する。
【００５８】
リングアンテナ９ａの切り欠き部９２ａ、９２ｂとそれ以外の部分とでは直径が異なるため、リングアンテナ９ａに高周波信号を供給すると切り欠き部のある方向の径とそれに直交する径との間で電流の位相差が９０度となり円偏波が励振される。同様に、ＰＳＡ３ａも切り欠き部３２ａ、３２ｂとそれ以外の部分とでは直径が異なるため、ＰＳＡ３ａに高周波信号を供給すると切り欠き部のある方向の径とそれに直交する径との間で電流の位相差が９０度となり円偏波が励振される。なお、連結導体７ａ〜７ｄの個数、大きさ、及び配置は所望とするアンテナの特性に応じて任意に設定でき、ＰＳＡ３ａの中心を基準として対称な位置に配置することにより軸比特性を向上できる。
【００５９】
ここでは、リングアンテナ９ａの切り欠き部９２ａ、９２ｂの対とＰＳＡ３ａの切り欠き部３２ａ、３２ｂの対は直交する位置に配置されているが、アンテナ装置１ｃの形状によっては、反射特性を向上するために直交する位置から若干ずらして配置しても良い。なお、リングアンテナ９ａとＰＳＡ３ａの一方にだけ切り欠き部を設けた場合、切り欠き部を有するものだけが円偏波を励振する。
【００６０】
この実施の形態によれば、アンテナ装置１ｃは、リングアンテナ９ａ外周側であってリングアンテナ９ａの中心を基準とした際に対称となる位置に円偏波を励振させる一対の切り欠き部９２ａ、９２ｂを備え、ＰＳＡ３ａの外周側であってＰＳＡ３ａの中心を基準とした際に対称となる位置に円偏波を励振させる一対の切り欠き部３２ａ、３２ｂを備えたことにより、実施の形態５に記載の効果に加えて、リングアンテナ９ａ及びＰＳＡ３ａそれぞれで円偏波を励振させることができる。
【００６１】
また、連結導体７ａ〜７ｄをＰＳＡ３ａの導体パターン３０ａの中心を基準として対称となる位置に配置することにより、ＰＳＡ３ａの軸比特性を向上させることができる。
【００６２】
なお、実施の形態１のようにリングアンテナ９ａを円形ＭＳＡ２としても同様に円偏波を励振させることができる。また、実施の形態６と同様に、導体パターン１０を導体パターン３０ａの中心を通る軸が中心軸となるように導体パターン３０に対して接地導体５と異なる側に設け、連結導体７ｆ〜７ｈを用いて導体パターン３０の一部を接地導体５と連結させることにより、ＰＳＡ３ａで良好な反射特性を得られる帯域を広帯域化することもできる。
【００６３】
実施の形態９．
本発明を実施する実施の形態９に係るアンテナ装置１ｄを、図１７及び図１８を用いて説明する。実施の形態５に記載の構成とほぼ同じであるため、異なる点について説明する。
【００６４】
図１７はアンテナ装置１ｄの斜視図の一部を切欠いた図で、図１８（ａ）は図１７を上から見た正面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図を示している。リングアンテナ９ｂは、図１８（ａ）に示すように、給電点９１ａの代わりに２つの給電点９１ｂ、９１ｃすなわち第１の給電点、第２の給電点を有し、給電点９１ｂ、９１ｃはリングアンテナ９ｂの中心を基準として９０度の位置に配置されている。同様に、ＰＳＡ３ｂは給電点３１ａの代わりに２つの給電点３１ｂ、３１ｃすなわち第３の給電点、第４の給電点を有し、給電点３１ｂ、３１ｃはＰＳＡ３ｂの中心を基準として９０度の位置に配置されている。
【００６５】
給電回路６と給電点９１ｂ、９１ｃの間にはハイブリッド回路１１ａすなわち第１のハイブリッド部が設けられ、給電回路６とハイブリッド回路１１ａの入力端子間、及びハイブリッド回路１１ａの２つの出力端子と給電点９１ｂ、９１ｃ間はそれぞれ同軸給電線路８ｃ〜８ｅを介して接続されている。同様に、給電回路６と給電点３１ｂ、３１ｃの間にはハイブリッド回路１１ｂすなわち第２のハイブリッド部が設けられ、給電回路６とハイブリッド回路１１ｂの入力端子間及びハイブリッド回路６の２つの出力端子と給電点９１ｂ、９１ｃ間はそれぞれ同軸給電線路８ｆ〜８ｈを介して接続されている。その他の構成は実施の形態５と同様であるため、説明を省略する。
【００６６】
なお、図１７では単一の給電回路６で２つのハイブリッド回路１１ａ、１１ｂに給電しているが、本発明はこれに限られるものではなく、ハイブリッド回路１１ａ、１１ｂそれぞれに対して個別の給電回路を設けて給電することも可能である。ハイブリッド回路１１ａ、１１ｂはそれぞれ１つの入力信号を位相が９０度異なる２つの信号に分岐して出力する回路である。
【００６７】
ここで、アンテナ装置１ｄの動作について説明する。給電回路６からは２つの動作周波数を有する高周波信号が供給される。２つの動作周波数のうち高い方の高周波信号は同軸給電線路８ｃを介してハイブリッド回路１１ａに入力され、位相差９０度の２つの高周波信号に分岐されて同軸給電線路８ｄ、８ｅを介してリングアンテナ９ｂに設けられた給電点９１ｂ、９１ｃにそれぞれ供給される。
【００６８】
給電点９１ｂと給電点９１ｃの位置はリングアンテナ９ｂの中心を基準として９０度の角度差を有し、それぞれの給電点に供給される高周波信号の位相差も９０度であることから、リングアンテナ９ｂに高周波信号が供給されると円偏波を励振する。例えば、図１８（ａ）に示すように給電点９１ｂの右回り９０度の位置に給電点９１ｃが配置されている場合であって、給電点９１ｂに供給される高周波信号の位相が給電点９１ｃに供給される高周波信号の位相よりも９０度進んでいる場合は右旋回の円偏波を励振し、給電点９１ｂの右回り９０度の位置に給電点９１ｃが配置されている場合であって、給電点９１ｂに供給される高周波信号の位相が給電点９１ｃに供給される高周波信号の位相よりも９０度遅れている場合は左旋回の円偏波を励振する。このように、円偏波の旋回方向はアンテナ装置１ｄが所望する特性に応じて任意に設定できる。
【００６９】
同様に、２つの動作周波数のうち低い方の高周波信号は給電回路６から同軸給電線路８ｆを介してハイブリッド回路６に入力され、位相差９０度の２つの高周波信号に分岐されて同軸給電線路８ｇ、８ｈを介してＰＳＡ３ｂに設けられた給電点３１ｂ、３１ｃにそれぞれ供給される。
【００７０】
給電点３１ｂと給電点３１ｃはＰＳＡ３ｂの中心を基準として９０度の角度差を有して配置され、給電点３１ｂに供給される高周波信号の位相と給電点３１ｃに供給される高周波信号の位相の差も９０度であることから、ＰＳＡ３ｂに高周波信号が供給されると円偏波が励振される。
【００７１】
図１８（ａ）では、給電点３１ｂの左回り９０度の位置に給電点３１ｃが配置されているため、例えば給電点３１ｂに供給される高周波信号の位相が給電点３１ｃに供給される高周波信号の位相よりも９０度進んでいる場合は左旋回の円偏波を励振し、給電点３１ｂに供給される高周波信号の位相が給電点３１ｃに供給される高周波信号の位相よりも９０度遅れている場合は右旋回の円偏波を励振する。
【００７２】
ここではリングアンテナ９ｂの給電点９１ｂと給電点９１ｃ間の角度差およびＰＳＡ３ｂの給電点３１ｂと給電点３１ｃ間の角度差がそれぞれ９０度の場合について説明したが、アンテナ装置１ｄの形状によっては、軸比特性を向上するために９０度から若干ずらして設けても良い。なお、リングアンテナ９ｂ及びＰＳＡ３ｂのいずれか一方を実施の形態４に記載の切り欠き部を有するものとしても同様の効果が得られる。
【００７３】
この実施の形態によれば、アンテナ装置１ｄは、２つの動作周波数のうち高い方の高周波信号をこの高周波信号と同一周波数で位相が９０度異なる２つの高周波信号に分岐するハイブリッド回路１１ａと、２つの動作周波数のうち低い方の高周波信号をこの高周波信号と位相が９０度異なる２つの高周波信号に分岐するハイブリッド回路１１ｂとを備え、リングアンテナ９ｂは２つの動作周波数のうち高い方の高周波信号の一方が供給される給電点９１ｂと、２つの動作周波数のうち高い方の高周波信号の他方が供給される給電点９１ｃを、ＰＳＡ３ｂは２つの動作周波数のうち低い方の高周波信号の一方が供給される給電点３１ｂと、２つの動作周波数のうち低い方の高周波信号の他方が供給される給電点３１ｃを有し、給電点９１ｂと給電点９１ｃはリングアンテナ９ｂの円偏波を励振する位置に配置され、給電点３１ｂと給電点３１ｃはＰＳＡ３ｂの中心を基準として円偏波を励振する位置に配置されていることにより、実施の形態５に記載の効果に加えて、リングアンテナ９ｂ及びＰＳＡ３ｂのそれぞれで任意の方向に旋回する円偏波を励振できる。
【００７４】
円偏波を励振する位置とは、具体的にはリングアンテナ９ｂの中心を基準として角度差が略９０度の位置、及びＰＳＡ３ｂの中心を基準として角度差が略９０度の位置をいう。このとき、連結導体７ａ〜７ｄをＰＳＡ３ｂの導体パターン３０ｂの中心を基準として対称な位置に配置することにより、ＰＳＡ３ｂの軸比特性を向上させることができる。
【００７５】
なお、実施の形態１のようにリングアンテナ９ａを円形ＭＳＡ２としても同様に円偏波を励振させることができる。また、実施の形態６と同様に、導体パターン１０を導体パターン３０の中心を通る軸が中心軸となるように導体パターン３０ｂに対して接地導体５と異なる側に設け、連結導体７ｆ〜７ｈを用いて導体パターン３０ｂの一部を接地導体５と連結させることにより、ＰＳＡ３ｂで良好な反射特性を得られる帯域を広帯域化することもできる。
【００７６】
さらに、実施の形態１〜実施の形態９記載のアンテナ装置を２次元または３次元のアレー状に適切な間隔で配置することにより、高利得化が見込めると共に放射されるビームの制御が可能となる。また、このアンテナ装置を衛星通信及び移動体通信用のアンテナとして用いることにより、省スペース化が図れ、衛星の低コスト化が可能となる。なお、本発明の用途は衛星や移動体通信機器に限られるものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ〜１ｄ  アンテナ装置、２  円形ＭＳＡ、３，３ａ，３ｂ  ＰＳＡ、４，４０  誘電体基板、５  接地導体、６  給電回路、７ａ〜７ｈ  連結導体、８ａ〜８ｈ  同軸給電線路、９，９ａ，９ｂ  リングアンテナ、１０  導体パターン、１１ａ，１１ｂ  ハイブリッド回路、１４ａ〜１４ｄ，３４ａ〜３４ｄ  導体パターン付加部、１５ａ〜１５ｄ，３５ａ〜３５ｄ  貫通孔、１６ａ〜１６ｄ，３６ａ〜３６ｄ  半田、２１  給電点、３０，３０ａ，３０ｂ  導体パターン、３１，３１ａ〜３１ｃ  給電点、３２ａ，３２ｂ  切り欠き部、３８ａ〜３８ｄ  固定用ネジ、９１，９１ａ〜９１ｃ  給電点、９２ａ，９２ｂ  切り欠き部。
【図１】
0005615242.tif 000002
【図２】
0005615242.tif 000003
【図３】
0005615242.tif 000004
【図４】
0005615242.tif 000005
【図５】
0005615242.tif 000006
【図６】
0005615242.tif 000007
【図７】
0005615242.tif 000008
【図８】
0005615242.tif 000009
【図９】
0005615242.tif 000010
【図１０】
0005615242.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005615242.tif 000014
【図１４】
0005615242.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0005615242.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0005615242.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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